成牙本质细胞在牙感觉传导中作用的研究进展

吴 声 刘梦娇 阙克华

成牙本质细胞(odontoblast，OD)，在牙髓组织最外侧形成一个连续的单层栅栏状细胞层[1]，并形成细胞突起伸入每个牙本质小管中，延伸至内层牙本质[2]。其最早接触外界的各种刺激，是牙髓组织与釉质、牙骨质及外界环境“交流”的桥梁。目前研究认为OD是潜在的感知外部刺激和牙髓微循环中瞬态变化的重要细胞之一。有研究表明OD是感受器细胞，其细胞膜上表达机械/温度敏感的瞬时感受器电位(transient receptor potential, TRP)以及Na+、K+、Ca2+通道，具有初级纤毛等细胞器，能感受外界的各种刺激，将刺激传导至下层的神经元完成传导[3,4]。这些研究可能改变传统的牙感觉传导理论。因此，本文对OD在牙感觉传导中的作用，尤其是对可能的感觉效应器(离子通道，初级纤毛)在牙感觉传导中的作用的研究现状作一综述。

1.瞬时感受器电位离子通道

瞬时感受器电位(transient receptor potential,TRP)离子通道是存在于细胞膜或胞内细胞器膜上的一类超家族离子通道蛋白，主要功能是作为非选择性阳离子通道，对钙离子具有高通透性,所以它既是兴奋性(神经和肌肉)细胞的电压门控钙通道又是非兴奋性(上皮、内皮、黏膜和肿瘤等)细胞的非电压门控钙通道。研究发现其主要在神经元细胞和部分皮肤以及黏膜细胞膜上表达，其亚家族成员TRPV1、TRPV2、TRPV3、TRPV4、TRPM3、TRPM8 和TRPA1与感受温度、机械刺激以及渗透压等密切相关。El Karim IA等[5]报道了人OD中表达TRPV1、TRPA1和TRPM8离子通道的mRNA，同时研究确认了OD TRPV1、TRPA1和TRPM8在外界温度改变时离子通道的钙离子传输发生了相应的明显改变，研究结果认为OD功能性TRP通路可能在调控牙齿温度感觉中起一个关键的作用。而Honore E[6]和Noel J等[7]报道了兴奋的TRP通道(TRPV1，TRPM8和 TRPA1)能 和 K2P通 道(TRAAK和TREK-1)发挥协同作用来调整背根节的感觉神经元对温度的应答反应。但在OD中无TRP通道和K2P通道发挥协同作用的报道。

1.1 TRPV1 TRPV1，称为香草醛样受体1或辣椒素受体。其是TRPV亚家族第一个被克隆的由432个氨基酸组成的通道蛋白，也是目前研究的最多的TRP家族成员之一。Okumura R等[8]证明了新生鼠OD表达TRPV1，通过TRPV1抑制剂的使用证明了TRPV1功能性感受伤害性热刺激的作用，Son AR等[9]也在新生大鼠的OD中得到了相同的结果。但Yeon KY等[10]在成年小鼠的OD中未检测到TRPV1，其与Okumura R等报道的差异可能是实验用鼠的不同或实验中细胞提取不纯导致。ElKarim IA.等[5]证实了在成人OD表达功能性的TRPV1，TRPV1感受伤害性热刺激的功能能够因TRPV1抑制剂的使用而受到阻断，推测其在调节牙齿对温度的感受方面发挥重要作用。

之前更早对神经元细胞中TRPV1的研究发现，神经元细胞中的TRPV1可被多种外界刺激因素激活，包括热(＞43℃)、酸(pH＜5.3)、细胞外渗透压的改变、细胞内Ca2+的减少、胞内氧化还原状态、静电荷等，提示其为多觉感受器。研究发现，神经元细胞中TRPV1的激活物质之间存在着相互作用，正常pH7.4条件下，热激活TRPV1的阈值是43℃；酸性条件时，激活阈值向低温方向移动；在足够低的pH条件下，室温就可促使TRPV1通道开放[11]。但OD中TRPV1是否具有同样的多觉感受器功能尚无研究报道。

1.2 TRPV2和TRPV3TRPV2和TRPV3与已证实在人OD上表达的TRPV1一样，都是非选择性钙离子通道，且结构存在一定的相似性，但报道其在神经元细胞上和TRPV1功能不同，感受温度的区间不一致(TRPV1＞43℃，TRPV2＞52℃，TRPV3=33-39℃)[9]。目前新生大鼠OD已检测到TRPV2和TRPV3mRNA的表达，但对成年小鼠并没有检测到TRPV2和TRPV3mRNA的表达。两者结果不同，推测可能是实验用鼠不同或实验中细胞提取不纯导致了差异，对人OD TRPV2和TRPV3是否表达尚无报道[9,10]。

1.3 TRPM8和TRPA1 数篇发表在nature等杂志上的文章证实了TRPM8和TRPA1是感受冷刺激的主要通道蛋白，已证实在人OD中表达，然而，其他冷传导分子的作用不能排除[5,12-14]。因为小鼠实验中，在阻断了TRPM8和TRPA1之后，鼠尽管冷感觉的阈值下降，但仍能够实现冷刺激的传导，推测其它离子通道包括K+和Na+通道可能参与了冷刺激转导，这两种离子通道类型主要是受电压或配体调控的门控离子通道，当电压改变到一定程度或相关配体被激活，离子通道即开放，但这些离子通道在人OD的冷传导中是否发挥协同作用尚需进一步研究。

2.Na+通道

电压门控Na+通道是细胞有效感受外界环境的重要离子通道[15,16]。Allard B等[17]证实了人OD细胞膜表达电压门控的河豚素敏感的Na+通道，其在电压钳制条件下能对去极化电流产生反应并产生动作电位，OD与三叉神经感觉神经元的共培养发现OD细胞膜和神经元轴突的Na+通道亚基之间存在细胞连接，提示两者之间可能共定位，存在信号传导的联系。报道研究了各型电压门控Na+通道在鼠生命各个阶段不同部位的OD细胞膜上的表达情况，发现9型电压门控Na+通道在鼠生命各个阶段不同部位的OD细胞膜上均有表达，与之前的研究相比，显示OD细胞上的电压门控Na+通道更加复杂，可能参与了感受刺激的过程，并发现在年轻成熟鼠和成年鼠位于牙尖和颈部的OD中的Nav1.6与TRPA1的表达分布存在相关性[18]。如上所述，OD上TRPA1已被证明与感受外界冷刺激相关，年轻成熟鼠和成年鼠Nav1.6与TRPA1的相关性表达分布可能提示Nav1.6亦参与了冷刺激的传导，也可能表明年轻成熟鼠和成年鼠牙齿对冷刺激感觉的发育完成。

3.Ca2+通道

早期的研究证实了OD细胞膜上电压门控的和非电压门控的钙离子通道参与了牙本质形成阶段的信号传导和牙本质形成过程[19]。然而，现在的诸多证据还显示Ca2+通道在OD的感觉传导中有重要的作用。Westenbroek RE等[20]通过免疫组化发现在OD细胞体和突起上存在大量的L型Ca2+(Cav1.2)通道，牙齿的损伤10min后OD上的Ca2+通道消失，60min后重新出现，但低于正常水平，3d后恢复至正常水平。多项研究证明L型Ca2+通道的减少是组织损伤的重要标志，损伤激活L型Ca2+通道，可以促进相关细胞分泌神经营养因子促进神经元以及OD的存活和修复。此结果提示L型Ca2+通道在感受和抵御牙齿损伤方面可能发挥作用，亦可能参与了牙齿感觉的修复过程。研究还发现N型机械敏感的Ca2+通道(Cav2.2)在OD初级纤毛的基部大量聚集，牙本质小管内液体流动引起初级纤毛的弯曲可能激活N型机械敏感的Ca2+通道，从而传导机械刺激。

4.K+通道

目前对OD细胞膜K+通道的研究主要集中于KCa和属于K2P离子通道家族的TREK-1离子通道。KCa离子通道是一种高电导的Ca2+激活的K+通道。Allard B等[21]的研究显示其具有机械敏感性(细胞膜拉伸导致激活)，其在OD顶端的集中可能提示其不仅参与了OD牙本质矿化过程，亦能够感受牙本质小管内液体流动，将液体流动的机械信号转换为细胞电信号，在牙齿感觉的信号传导中发挥作用。TREK-1 K+通道是目前研究最多的K2P离子通道，其能够被拉伸、流体、温度、pH、麻醉剂等多种刺激激活，从冠部到根部的OD细胞膜上，其表达直线下降，与牙髓神经的分布存在相关性，提示其可能具有多觉感受器功能[6,22,23]。

5.初级纤毛

近一个世纪以来，在细胞生物学中，初级纤毛被视为一个孤立细胞器以及退化结构[24]。然而，目前研究发现初级纤毛可能是一个基本的感受细胞器，能够从微环境中检测和传导机械或化学信息。Pazour GJ等[25]研究发现肾细胞的初级纤毛具有机械敏感性，其弯曲会启动整个细胞和邻近细胞的Ca2+信号传导通路。Praetorius HA等[26]研究发现MDCK细胞上的初级纤毛能够感受肾小管管腔中流量和离子浓度的变化，并通过Ca2+信号传导调节重吸收过程。细胞纤毛出现在目前几乎所有的哺乳动物细胞中，这个结构好比是细胞伸展到细胞外空间的触角。Bisgrove BW等[27]，Pan J等[28]以及GerdesJM 等[29]均论述了初级纤毛在调控生理和发育方面的关键作用。

Thivichon-Prince B等[30]在体内体外实验中均有发现OD表达纤毛内部的主要蛋白，从而表明OD具有初级纤毛细胞器结构。其结构与中心粒相似，并和高尔基复合体密切相关[31,32]。Ascenzi MG等[33]研究发现软骨细胞的纤毛为机械传感器，通过初级纤毛对外界机械刺激的感知，导致软骨细胞外基质的直接分泌，从而建立了软骨生长板的组织各向异性。OD初级纤毛平行于牙本质壁，顶端部分，面向牙髓中心，推测其也可能有细胞定向功能或定向分泌高尔基复合体分子的作用(分泌形成牙本质基质)，如形成软骨一样。

神经纤维和纤毛之间的密切关系已明确被多聚胱氨酸受体(PC1和PC2)的表达所证明，其是机械敏感的Ca2+通道，位于纤毛的基部，会被广泛的刺激所激活[34,35]。在肾细胞，初级纤毛是一种液体流动传感器。因此，推测OD上初级纤毛在牙本质应变和牙本质小管内的液体流动下会弯曲，启动信号转导过程，将刺激传递给与之关系密切的神经纤维[36]。目前对初级纤毛在OD中的功能研究报道比较缺乏，其具体的感觉功能尚需要进一步研究。

综上所述，OD具有独特的细胞形态学特征，在牙髓组织中位置特殊，表达种类较多的感觉相关离子通道，具有初级纤毛细胞器结构，说明其可能在传导牙齿感觉方面发挥重要作用。然而目前能与OD感觉相关的研究报道尚较少，感觉传导具有十分复杂的机制，OD在感觉传导过程中的分子机制还需要进一步研究确认。

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